五、确定安培定则的方法
安培定则给出了螺线管的极性(或者说是螺线管内部的磁感线方向)与螺线管中的电流方向两者之间的关系。
通过实验研究,如何判断通电螺线管的极性:在不同绕向的螺线管中,接入不同方向的电流,利用小磁针可以判断出它们的极性分别如图2
进行求同和求异的比较:求同法:比较通电螺线管外部磁场的极性是相同的两种情况(如图①③或图②④),如果两种情况中,其他的条件(线圈的绕向或电流的方向)有相同的,那么这个相同的条件就是决定通电螺线管外部磁场极性的条件。
据此,我们比较图①③或图②④可得:电流的方向相同是极性相同的原因。
求异法:比较通电螺线管外部磁场的极性不相同的两种情况(如图①②或图③④),如果两种情况中,其他的条件(线圈的绕向或电流的方向)有一个是不相同的,那么这个不相同的条件就是决定通电螺线管外部磁场极性的条件。
据此,我们比较图①②或图③④可得:电流的方向不相同是极性不相同的原因。
我们比较图①④或图②③,有两个不相同的条件,所以,难以确定螺线管的极性是由哪个因素引起的。
综上所述,通过以上6种涵盖了通电螺线管外部磁场的所有情况的比较可知:通电螺线管外部的磁场,只与电流的方向有关,也就是说知道了电流的方向就可以判断通电螺线管外部磁场的极性。
我们能否找一种形象化的方向,用来说明通电螺线管的极性与电流的关系呢?科学家想到用右手握住螺线管,弯曲的四指指向电流方向,那么大拇指就指向n极。这就是有名的安培定则。
六、简单的自动控制方法
教材中介绍的利用电磁铁制成的电磁继电器,是在自动控制中经常用到的一种电器。可用于以直流电路控制交流电路,或者以低压电路控制高压电路。关键是以低压电路中电磁继电器的合金触点(动触点)控制高压工作电路中的开关(静触点)。在电磁继电器控制的电路中接入对温度或光照等敏感的元件,用这些元件操纵控制电路的通断,还可以实现温度自动控制或光自动控制。
如图3所示为某校科技活动小组制作的恒温箱的电路示意图,电热丝是恒温箱的加热元件,图中的水银温度计为导电温度计,上面的金属丝a的高度可以调整,下面的金属丝b与温度计中的水银接触,该温度计的水银液泡被放置到恒温箱内,我们根据此电路图说明恒温箱工作的 原理 。
分析:通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝所指示的温度时,电热丝被连接在电路中,使恒温箱温度升高,当导电温度计中的水银柱上升到金属丝指示的温度时,继电器线圈被接通,衔铁被吸下,电热丝断电停止加热,温度降低后线圈电路断开,衔铁被释放,电热丝再次被接入电路,从而保持恒温箱内温度恒定。
说明:电磁铁的应用之一,是以它为主要部件制作电磁继电器,作为自动开关,控制工作电路。
从物理学本质上讲,电磁继电器是借助于电磁铁通电有磁性、断电没有磁性完成上述自动控制工作的。